DE102020108441A1

DE102020108441A1 - Entladungssteuerungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102020108441A1
Application number: DE102020108441.2A
Authority: DE
Inventors: Yuji Matsumoto; Kazunari KOKUBO
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US11094500B2; US20200312607A1; CN111756087B; CN111756087A; JP7168510B2; JP2020167071A

Abstract

Eine Entladungssteuerungsvorrichtung steuert eine Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ. Die Energieversorgungsschaltung umfasst einen Transformator, der eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist und eine Spannungsumwandlung durchführt und einen Treiber zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule. Die Energieversorgungsschaltung führt einem Plasmareaktor, der durch Entladung Plasma erzeugt, elektrische Energie zu. Die Entladungssteuerungsvorrichtung berechnet, auf der Basis eines Primärstroms, der durch die Primärspule fließt und einer Primärspannung, die in der Primärspule erzeugt wird, eine Versorgungsenergie, die der Primärspule zugeführt wird, und eine Regenerationsenergie, die ein Teil der der Versorgungsenergie ist, und zwar der Teil, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird. Die Entladungssteuerungsvorrichtung steuert die Energieversorgungsschaltung auf Basis der berechneten Versorgungsenergie und der berechneten Regenerationsenergie.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Entladungssteuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Energieversorgungsschaltung die einem Plasmareaktor elektrische Energie zuführt, und ein Entladungssteuerungsverfahren zur Steuerung der Energieversorgungsschaltung.
Patentdokument 1 beschreibt eine
Anwendungsspannungssteuervorrichtung, welche einen Stromfluss zu einem Plasmareaktor erfasst, und zwar als ein Ergebnis einer Erzeugung einer pulsartigen Sekundärspannung einer Aufwärtswandlerschaltung, und den Wert der Anlegespannung, die an den Plasmareaktor angelegt wird, abschätzt, und zwar auf Basis eines Stromintegralwerts, der erlangt wird, indem der erfasste Stromwert integriert wird.
Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2017-16858
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Technologie wird der Strom auf der Sekundärseite direkt erfasst und wird zur Steuerung des Plasmareaktors genutzt. Da es sich bei der Sekundärspannung der Aufwärtswandlerschaltung um eine Hochspannung von mehreren Kilovolt handelt, muss die Stromerfassung in einem Zustand erfolgen, in dem die Isolation beispielsweise durch einen Stromsensor vom Typ kontaktlos gesichert ist. Daher benötigt die in Patentdokument 1 beschriebene Technologie eine Komponente oder Anstrengung um die Isolation des Stromsensors sicherzustellen und kann ein Problem von erhöhten Produktionskosten und einem erhöhten Komplexitätsgrad der Vorrichtungsstruktur aufwerfen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, die Produktionskosten zu reduzieren oder die Vorrichtungsstruktur zu vereinfachen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Entladungssteuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ. Die Energieversorgungsschaltung umfasst einen Transformator, der eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist und eine Spannungsumwandlung durchführt und einen Treiber zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule. Die Energieversorgungsschaltung führt einem Plasmareaktor, der durch Entladung Plasma erzeugt, elektrische Energie zu.
Die Entladungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Energieberechnungsabschnitt und einen Steuerungsabschnitt. Der Energieberechnungsabschnitt ist dazu konfiguriert, auf der Basis eines Primärstroms, der durch die Primärspule fließt und einer Primärspannung, die in der Primärspule erzeugt wird, eine Versorgungsenergie, die der Primärspule zugeführt wird, und eine Regenerationsenergie, die ein Teil der der Versorgungsenergie ist, und zwar der Teil, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird, zu berechnen.
Der Steuerungsabschnitt ist dazu konfiguriert, die Energieversorgungsschaltung auf Basis der Versorgungsenergie und der Regenerationsenergie, die durch den Energieberechnungsabschnitt berechnet wurden, zu steuern. Die wie oben beschrieben konfigurierte Entladungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung berechnet die Versorgungsenergie und Regenerationsenergie auf Basis des Primärstroms, der durch die Primärspule fließt und der Primärspannung, die in der Primärspule erzeugt wird, und steuert die Energieversorgungsschaltung auf Basis der Versorgungsenergie und der Regenerationsenergie. Kraft dieser Konfiguration kann die Entladungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Energieversorgungsschaltung steuern, ohne einen Sekundärstrom, der durch die Sekundärspule fließt und eine Sekundärspannung, die in der Sekundärspule erzeugt wird, zu nutzen. Daher kann die Entladungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Notwendigkeit einer Komponente oder Anstrengung zu Sicherstellung einer Isolierung beseitigen, wodurch die Produktionskosten reduziert werden oder die Konfiguration der Vorrichtung vereinfacht wird.
In der einen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, kann der Energieberechnungsabschnitt die Versorgungsenergie in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (1) berechnen und die Regenerationsenergie in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (2) berechnen. Die Versorgungsenergie wird als E_sup bezeichnet. Die Regenerationsenergie wird als E_reg bezeichnet. Der Wert des Primärstroms wird als I_p bezeichnet. Der Wert der Primärspannung wird als V_p bezeichnet. Es wird angenommen, dass die Versorgungsenergie während einer Zeit zwischen einem Zeitpunkt t₁ und einem Zeitpunkt t₂ erzeugt wird, und die Regenerationsenergie während einer Zeit zwischen einem Zeitpunkt t₃ und einem Zeitpunkt t₅ erzeugt wird.
$E_{sup} = \int_{t_{1}}^{t_{2}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
$E_{r e g} = \int_{t_{3}}^{t_{5}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Entladungssteuerungsverfahren zur Steuerung einer Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ.
Das Entladungssteuerungsverfahren der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Energieberechnungsschritt und einen Steuerungsschritt. Im Energieberechnungsschritt wird die Versorgungsenergie, die der Primärspule zugeführt wird und die Regenerationsenergie, die ein Teil der Versorgungsenergie ist, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird, berechnet, und zwar auf Basis eines Primärstroms, der durch die Primärspule fließt und einer Primärspannung, die in der Primärspule erzeugt wird.
In dem Steuerungsschritt wird die Energieversorgungsschaltung gesteuert, und zwar auf Basis der Versorgungsenergie und der Regenerationsenergie, die im Energieberechnungsschritt berechnet wurden. Da das Entladungssteuerungsverfahren der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren ist, das von der Entladungssteuerungsvorrichtung der einen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird, können durch das Ausführen des Verfahrens Wirkungen erzielt werden, die denen ähneln, die durch die Entladungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung erzielt werden.
Ausführungsformen werden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Hierbei zeigt:

1 ein Blockdiagramm, das die schematische Konfiguration eines Reinigungssystems zeigt;
2 einen Schaltplan, der die Konfiguration eines Plasmareaktors zeigt;
3 ein Flussdiagramm, das einen Entladungssteuerungsprozess zeigt;
4 ein Flussdiagramm, das einen initialen Diagnoseprozess zeigt;
5 ein Flussdiagramm, das einen Reinigungs-Zeit Diagnoseprozess zeigt;
6 einen Schaltplan, der den Fluss von Energie während einer Entladung zeigt;
7 ein Zeitdiagramm, das Änderungen in einem PWM-Signal, einem Primärstrom, einer primären Zwischenanschlussspannung und einer Sekundärenergie zeigt;
8 ein Zeitdiagramm, das Änderungen in einem PWM-Signal, einem Primärstrom, einer primären Zwischenanschlussspannung und einer Flyback-Spannung zeigt;
9 ein Diagramm, das einen Ersatzschaltplan des Plasmareaktors zeigt; und
10 ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel eines Betriebs der Entladungssteuerungsvorrichtung zeigt.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Reinigungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform eine elektronische Steuervorrichtung 2, einen Plasmareaktor 3, einen Transformator 4, eine Batterie 5, eine Entladungssteuerungsvorrichtung 6 und Temperatursensoren 7 und 8.
Die elektronische Steuervorrichtung 2 steuert eine Maschine eines Fahrzeugs, an welchem das Reinigungssystem 1 angebracht ist. In der folgenden Beschreibung wird die elektronische Steuervorrichtung 2 als Maschinen-ECU 2 bezeichnet. ECU ist eine Abkürzung für elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit).
Der Plasmareaktor 3 erzeugt Plasma durch dielektrische Barriereentladung. Als ein Ergebnis entfernt der Plasmareaktor 3 Partikelobjekte, Kohlenwasserstoffe etc., welche in einem Abgas enthalten sind, das von der Maschine des Fahrzeugs ausgestoßen wird.
Der Transformator 4 gibt eine Hochspannung zum Betrieb des Plasmareaktors 3 aus. Die Batterie 5 stellt eine Energieversorgungsspannung VB an die Maschinen-ECU 2, den Transformator 4 und die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 bereit. Die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 steuert die Entladung durch den Plasmareaktor 3, indem sie zwischen einem Energetisierungszustand, in dem Strom an den Transformator 4 fließt und einem Nicht-Energetisierungszustand, in dem kein Strom an Transformator 4 fließt, umschaltet. Die Entladungssteuervorrichtung 6 führt eine Datenkommunikation mit der Maschinen-ECU 2 über eine Kommunikationsleitung durch.
Der Temperatursensor 7 erfasst die Temperatur des Transformators 4 und gibt ein Erfassungssignal an die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 aus, das die erfasste Temperatur des Transformators 4 darstellt. Der Temperatursensor 8 erfasst die Temperatur eines Treibers 32, der in der Entladungssteuerungsvorrichtung 6 bereitgestellt ist und später beschrieben wird. Der Temperatursensor 8 gibt ein Erfassungssignal an die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 aus, das die erfasste Temperatur des Treibers 32 darstellt. Es ist anzumerken, dass der Treiber 32 in 2 dargestellt ist.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Plasmareaktor 3 eine Vielzahl von ersten Elektrodenplatten, von denen jede eine Entladungselektrode 11 darin eingebettet umfasst, und eine Vielzahl von zweiten Elektrodenplatten, von denen jede eine Entladungselektrode 12 darin eingebettet umfasst. Die ersten Elektrodenplatten und die zweiten Elektrodenplatten sind entlang der Flussrichtung des Abgases in bestimmten Intervallen abwechselnd angeordnet. Der Plasmareaktor 3 erzeugt Plasma als ein Ergebnis des Anlegens von Spannung zwischen den ersten und zweiten Elektrodenplatten, die nebeneinander liegen.
Der Transformator 4 umfasst eine Primärspule 21 und eine Sekundärspule 22. Ein Ende der Primärspule 21 ist mit dem positiven Anschluss der Batterie 5 verbunden und das andere Ende der Primärspule 21 ist mit der Entladungssteuerungsvorrichtung 6 verbunden. Ein Ende der Sekundärspule 22 ist mit der Entladungselektrode 11 des Plasmareaktors 3 verbunden und das andere Ende der Sekundärspule 22 ist mit der Entladungselektrode 12 des Plasmareaktors 3 verbunden.
Wenn die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 den Transformator 4 in den zuvor beschriebenen Energetisierungszustand bringt, fließt Strom zu der Primärspule 21 und Energie ist darin gespeichert. Nachfolgend wird die Stromversorgung zu der Primärspule 21 abgeschnitten, wenn die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 den Transformator 4 in den zuvor beschriebenen Nicht-Energetisierungszustand bringt. Als ein Ergebnis wird die in der Primärspule 21 gespeicherte Energie an die Sekundärspule 22 übertragen und eine Hochspannung wird in der Sekundärspule 22 erzeugt. Das heißt, der Transformator erzeugt Hochspannung nach einem Flyback-Typ.
Die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 umfasst einen Microcomputer 31, einen Treiber 32, einen Gatetreiber 33, einen Widerstand 34, Stromintegrationsschaltungen 35 und 36, eine Stromerfassungsschaltung 37, eine Regenerationserfassungsschaltung 38 und Spannungserfassungsschaltungen 39 und 40.
Der Microcomputer 31 umfasst eine CPU 51, ein ROM 52 und ein RAM 53. Die verschiedenen Funktionen des Microcomputers werden durch ein Programm umgesetzt, das in einem dauerhaften Festkörperspeicher gespeichert ist und von der CPU 51 ausgeführt wird. In diesem Beispiel entspricht der ROM 52 dem dauerhaften Festkörperspeicher, der das Programm speichert. Ebenso wird ein dem Programm entsprechendes Verfahren als ein Ergebnis der Ausführung dieses Programms ausgeführt. Es sei angemerkt, dass manche oder alle Funktionen der CPU 51 durch Hardware umgesetzt werden können; beispielsweise durch einen einzigen integrierten Schaltkreis oder durch eine Vielzahl integrierter Schaltkreise. Die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 kann einen einzelnen Microcomputer oder eine Vielzahl von Microcomputern umfassen.
Der Microcomputer 31 hat einen Spannungsausgangsanschluss 54 und Spannungseingangsanschlüsse 55, 56, 57, 58 und 59. Der Treiber 32 ist ein MOSFET vom N-Kanal-Typ. Der Drain-Anschluss des Treibers 32 ist mit der Primärspule 21 des Transformators 4 verbunden. Der Sourceanschluss des Treibers 32 ist über den Widerstand 34 geerdet.
Der Eingangsanschluss des Gatetreibers 33 ist mit dem Spannungsausgangsanschluss 54 des Microcomputers 31 durch einen Widerstand 41 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Gatetreibers 33 ist mit dem Gateanschluss des Treibers 32 durch einen Widerstand 42 verbunden. Der Gatetreiber 33 erhält eine PWM-Signalausgabe vom Spannungsausgangsanschluss 54 des Microcomputers 31 und gibt, in Übereinstimmung mit dem Spannungspegel des PWM-Signals, eine Gatesteuerspannung Vgs aus, die an den Gateanschluss des Treibers 32 angelegt wird, um den Treiber 32 zwischen angeschalteten und ausgeschalteten Zuständen umzuschalten. Insbesondere wenn das PWM-Signal auf einem hohen Pegel liegt, schaltet der Gatetreiber 33 die Gatesteuerspannung Vgs auf einen hohen Pegel und wenn das PWM-Signal auf einem niedrigen Pegel liegt, schaltet der Gatetreiber 33 die Gatesteuerspannung Vgs auf einen niedrigen Pegel. PWM ist eine Abkürzung für Pulsweitenmodulation.
Der Treiber 32 nimmt einen angeschalteten Zustand an, wenn die Gatesteuerspannung Vgs, die an den Gateanschluss angelegt wird, den hohen Pegel annimmt. Als ein Ergebnis fließt Strom zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss des Treibers 32. Währenddessen nimmt der Treiber 32 einen ausgeschalteten Zustand an, wenn die Gatesteuerspannung Vgs, die an den Gateanschluss angelegt wird, den niedrigen Pegel annimmt. Als ein Ergebnis stoppt der Stromfluss zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss des Treibers 32.
Ein Ende des Widerstands 34 ist mit dem Sourceanschluss des Treibers 32 verbunden und das andere Ende des Widerstands 34 ist geerdet. Die Stromintegrationsschaltung 35 umfasst einen Operationsverstärker 61, einen Widerstand 62 und einen Kondensator 63. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 61 ist mit dem einen Ende des Widerstands 34 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 61 ist mit dem anderen Ende des Widerstands 34 über den Widerstand 62 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 61 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 58 verbunden. Ein Ende des Kondensators 63 ist mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 61 verbunden und das andere Ende des Kondensators 63 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 61 verbunden. Die wie oben beschriebene Stromintegrationsschaltung 35 gibt eine Versorgungsstrom-Integrationsspannung V_isi aus, indem die Spannung, die über den Widerstand 34 erzeugt wird, wenn Strom von der Seite des Treibers 32 durch den Widerstand 34 zur Erdung fließt, über die Zeit integriert wird.
Die Stromintegrationsschaltung 36 umfasst einen Operationsverstärker 66, einen Widerstand 67 und einen Kondensator 68. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 66 ist mit dem anderen Ende des Widerstands 34 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 66 ist mit dem einen Ende des Widerstands 34 über den Widerstand 67 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 66 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 59 verbunden. Ein Ende des Kondensators 68 ist mit Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 66 verbunden und das andere Ende des Kondensators 68 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 66 verbunden. Die wie oben beschriebene Stromintegrationsschaltung 36 gibt eine Regenerationsstrom-Integrationsspannung V_iri aus, indem die Spannung, die über den Widerstand 34 erzeugt wird, wenn Strom von der Erdung durch den Widerstand 34 zur Seite des Treibers 32 fließt, über die Zeit integriert wird.
Die Spannungserfassungsschaltung 37 umfasst einen Operationsverstärker 71 und Widerstände 72, 73, 74 und 75. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 71 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 57 verbunden. Der Widerstand 72 ist zwischen dem einen Ende des Widerstands 34 und dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 71 angeschlossen. Eine Spannung V1 (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 2,5 V) wird an das eine Ende des Widerstands 73 angelegt und das andere Ende des Widerstands 73 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 71 verbunden. Der Widerstand 74 ist zwischen dem anderen Ende des Widerstands 34 und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 71 angeschlossen. Der Widerstand 75 ist als ein Rückkoppelwiderstand zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 71 angeschlossen. Das heißt, dass durch den Operationsverstärker 71 und die Widerstände 72, 73, 74 und 75 eine Differenzverstärkungsschaltung ausgebildet ist. Daher gibt der Operationsverstärker 71 eine Spannung V_ip durch Verstärkung der Spannung, die über den Widerstand 34 erzeugt wird, aus.
Die Regenerationserfassungsschaltung 38 umfasst einen Operationsverstärker 81, Widerstände 82 und 83 und einen Kondensator 84. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 81 ist mit dem anderen Ende des Widerstands 34 durch den Widerstand 75 und den Widerstand 74 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 81 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 61 durch einen Widerstand 43 und eine Diode 44 verbunden. Ferner ist der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 81 mit dem Eingangsanschluss des Gatetreibers 33 durch einen Widerstand 23 verbunden. Daher schaltet der Gatetreiber 33 die Gatesteuerspannung Vgs auf den hohen Pegel, wenn das Ausgangssignal der Regenerationserfassungsschaltung 38 auf dem hohen Pegel ist und schaltet die Gatesteuerspannung Vgs auf den niedrigen Pegel, wenn das Ausgangssignal der Regenerationserfassungsschaltung 38 auf dem niedrigen Pegel ist.
Ein Ende des Widerstands 82 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 81 verbunden und das andere Ende des Widerstands 82 ist geerdet. Eine Spannung V2 (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 5 V) wird an das eine Ende des Widerstands 83 angelegt und das andere Ende des Widerstands 83 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 81 verbunden. Ein Ende des Kondensators 84 ist mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 81 verbunden und das andere Ende des Kondensators 84 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 81 verbunden.
Die Spannungserfassungsschaltung 39 umfasst Widerstände 91 und 92. Ein Ende des Widerstands 91 ist mit dem positiven Anschluss der Batterie 5 verbunden und das andere Ende des Widerstands 91 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 55 verbunden. Ein Ende des Widerstands 92 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 55 verbunden und das andere Ende des Widerstands 92 ist geerdet.
Die Spannungserfassungsschaltung 40 umfasst Widerstände 96 und 97. Ein Ende des Widerstands 96 ist mit dem anderen Ende der Primärspule 21 verbunden und das andere Ende des Widerstands 96 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 56 verbunden. Ein Ende des Widerstands 97 ist mit dem Spannungseingangsanschluss 56 verbunden und das andere Ende des Widerstands 97 ist geerdet.
Der Spannungsausgangsanschluss 54 ist mit dem invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers 66 über einen Widerstand 45 und einer Diode 46 verbunden. Als Nächstes werden die Schritte eines Entladungssteuerungsverfahrens beschrieben, welches von der CPU 51 der Entladungssteuerungsvorrichtung 6 ausgeführt wird. Das Entladungssteuerungsverfahren wird gestartet und zwar unmittelbar nachdem der Microcomputer 31 seinen Betrieb aufnimmt, weil der Entladungssteuerungsvorrichtung 6 Energie zugeführt wird, und zwar als ein Ergebnis des Umschaltens einer Hilfsenergieversorgung des Fahrzeugs von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand.
Wie in 3 gezeigt, führt die CPU 51 im Entladungssteuerungsverfahren zuerst eine initiales Diagnoseverfahren in S20 aus. Im Folgenden werden die Schritte des initialen Diagnoseverfahrens beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, erfasst die CPU 51 im initialen Diagnoseverfahren zuerst eine Anomalie der internen Temperatur des Transformators 4 in S110. Genauer gesagt bestimmt die CPU 51 ob die vom Erfassungssignal des Temperatursensors 7 angezeigte Temperatur (im Folgenden als die „Innentemperatur der Energieversorgungsschaltung“ bezeichnet) in einen vorbestimmten Betriebstemperaturbereich fällt (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise -40°C bis +85 °C), der im Vorfeld eingestellt wurde. Für den Fall, dass die Innentemperatur der Energieversorgungsschaltung in den Betriebstemperaturbereich fällt, löscht die CPU 51 ein initiales Temperaturanomalieflag im RAM 53. Für den Fall, dass sich die Innentemperatur der Energieversorgungsschaltung hingegen außerhalb des Betriebstemperaturbereichs befindet, setzt die CPU 51 das initiale Temperaturanomalieflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S120 eine Anomalie der Spannung der Batterie 5. Genauer gesagt bestimmt die CPU 51 auf Basis der Spannungseingangs der Spannungserfassungsschaltung 39 in den Spannungseingangsanschluss 55, ob die Spannung der Batterie 5 (im Folgenden als „Energieversorgungsspannung“ bezeichnet) in einen Betriebsspannungsbereich fällt (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 10 V bis 16 V), der im Vorfeld eingestellt wurde. Für den Fall, dass die Energieversorgungsspannung in den Betriebsspannungsbereich fällt, löscht die CPU 51 ein initiales Spannungsanomalieflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Für den Fall, dass sich die Energieversorgungsspannung hingegen außerhalb des Betriebsspannungsbereichs befindet, setzt die CPU 51 das initiale Spannungsanomalieflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S130 ein internes Versagen des Transformators 4. Genauer gesagt gibt die CPU 51 über den Spannungsausgangsanschluss 54 ein PWM-Signal mit einem zuvor eingestellten Tastverhältnis für einen initiale Diagnose aus. Als ein Ergebnis erzeugt der Plasmareaktor 3 eine Entladung auf einem Energieniveau, das niedriger ist als das für die Entladung, die in S50, der später beschrieben wird, erzeugt wird, und erzeugt hierbei Plasma. Wenn sich der Treiber 32 in dem angeschalteten Zustand befindet, bestimmt die CPU 51, auf Basis der Spannung V_ip, die von der Spannungserfassungsschaltung 37 in den Spannungseingangsanschluss 57 eingegeben wurde, ob die Größe des Stroms, der durch die Primärspule 21 geflossen ist (im Folgenden als der „Primärspulenstromwert“ bezeichnet) kleiner ist als ein Transformatorkabelbruchbestimmungswert, der im Vorfeld eingestellt wurde, oder nicht. Für den Fall, dass der Primärspulenstromwert kleiner ist, als der Transformatorkabelbruchbestimmungswert, setzt die CPU 51 ein initiales Kabelbruchanomalieflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Für den Fall hingegen, dass der Primärspulenstromwert gleich oder größer als der Transformatorkabelbruchbestimmungswert ist, löscht die CPU 51 das initiale Kabelbruchanomalieflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S140 eine Undichtigkeitsanomalie des Plasmareaktors 3. Zuerst wird eine Methode zur Erfassung eines Kurzschlusses des Plasmareaktors 3 beschrieben. Wie in 6 gezeigt, fließt ein Primärstrom I_p zur Primärspule 21, wenn der Treiber 32 von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, und eine Zwischenanschlussspannung V_p der Primärspule (im Folgenden als die primäre Zwischenanschlussspannung V_p bezeichnet) wird erzeugt, wobei die Versorgungsenergie E_sup in der Primärspule 21 gespeichert wird. Wenn der Treiber 32 danach von dem eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand umgeschaltet wird, wird die in der Primärspule 21 gespeicherte Versorgungsenergie E_sup an die Sekundärspule 22 übertragen. Als ein Ergebnis wird in der Sekundärspule eine Hochspannung erzeugt und eine Entladung im Plasmareaktor 3 wird erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Flyback-Spannung V_fly zwischen dem Drainanschluss und der Sourceanschluss des Treibers 32 erzeugt.
Die Zwischenanschlussspannung der Sekundärspule 22 wird als die „sekundäre Zwischenanschlussspannung V_s“ bezeichnet. Die Energie, die durch die Entladung im Plasmareaktor 3 verbraucht wird, wird als „Entladungsenergie E_dis“ bezeichnet. Da der Plasmareaktor 3 eine kapazitive Last ist, wird die Energie, die nicht durch die Entladung verbraucht wurde, an die Primärseite zurückgegeben. Diese Energie wird als die „Regenerationsenergie E_reg“ bezeichnet.
Demzufolge gilt eine Relation zwischen der Versorgungsenergie E_sup und der „Entladungsenergie E_dis und der Regenerationsenergie E_reg“, die durch Gleichung (3) dargestellt ist. Wenn die Entladungsenergie E_dis klein ist, sind die Versorgungsenergie E_sup und die Regenerationsenergie E_reg annähernd gleich groß zueinander. Das heißt, es gilt eine Relation zwischen der Versorgungsenergie E_sup und der Regenerationsenergie E_reg, die durch Gleichung (4) dargestellt ist. Für den Fall, dass ein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt, gilt eine Relation, die durch Gleichung (5) dargestellt ist, wobei E_leak die Leckenergie darstellt, die als ein Ergebnis des Flusses des Leckstroms in den Plasmareaktor 3 verbraucht wird.
Daher gilt eine Relation, die durch Gleichung (6) dargestellt ist, wenn ein Leckstrom im Plasmareaktor 3 fließt, und zwar in einem Zustand, in dem die Entladungsenergie E_dis klein ist.
$E_{sup} = E_{r e g} + E_{d i s}$
$E_{sup} ≅ E_{r e g}$
$E_{sup} = E_{r e g} + E_{l e a k}$
$E_{sup} > E_{r e g}$
Wenn das PWM-Signal, wie in 7 gezeigt, an Zeitpunkt t₁ vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel wechselt, erhöht sich der Primärstrom I_p graduell und die primäre Zwischenanschlussspannung V_p wird gleich der Energieversorgungsspannung VB. Wenn das PWM-Signal an Zeitpunkt t₂ vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel wechselt, nimmt demzufolge der Primärstrom I_p rasch ab und wird 0 [A], nimmt die primäre Zwischenanschlussspannung V_p auf der negativen Seite der Energieversorgungsspannung VB rasch ab und in dem Plasmareaktor 3 wird eine Entladung erzeugt. Die Erzeugung der Entladung dauert von Zeitpunkt t₂ bis Zeitpunkt t₃ an. Nachdem die Entladung endet, wird der Primärstrom I_p gedämpft, während er auf der negativen Seite schwingt und wird an Zeitpunkt t₄ 0 [A]. Die primäre Zwischenanschlussspannung V_p wird in der Zeit zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ gleich der Energieversorgungsspannung VB und wird an Zeitpunkt t₄ 0 [V]. Demzufolge dauert der Zustand, in dem der Primärstrom I_p 0 [A] ist und die primäre Zwischenanschlussspannung 0 [V] ist bis zu einem Zeitpunkt t₅ an, wenn das PWM-Signal wieder von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel wechselt.
Das heißt, die Zeit von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₂ ist eine Energieversorgungszeit T_sup. Die Zeit von Zeitpunkt t₂ bis Zeitpunkt t₃ ist eine Entladungszeit T_dis. Die Zeit von Zeitpunkt t₃ bis Zeitpunkt t₄ ist eine Regenerationszeit Treg.
In 8 zeigt eine Kurve L1, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, einen Primärstrom I_p für den Fall, dass ein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt. Eine Kurve L2, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird und eine gekrümmte Linie L3, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, zeigen die primäre Zwischenanschlussspannung V_p für den Fall, dass ein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt. Eine Kurve L4, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird, zeigt den Primärstrom I_p für den Fall, dass kein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt. Wie durch die Kurven L1 und L4 gezeigt, nimmt, wenn ein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt, der Absolutwert des Primärstroms I_p in der Regenerationszeit Treg ab. Daher nimmt die Regenerationsenergie E_reg ab, wenn ein Leckstrom in den Plasmareaktor 3 fließt.
Demzufolge gibt die CPU 51 in S140 zuerst von dem Spannungsausgangsanschluss 54 ein PWM-Signal für eine initiale Diagnose aus, das ein zuvor eingestelltes Tastverhältnis aufweist. Das Tastverhältnis für die initiale Diagnose derart eingestellt, dass ein Nicht-Entladungszustand eintritt, in dem keine Entladung in dem Plasmareaktor 3 erzeugt wird, oder ein Niedrig-Entladungszustand eintritt, in dem die Entladungsenergie in den Plasmareaktor 3 klein ist. Es ist anzumerken, dass der Ausdruck „die Entladungsenergie ist klein“ bedeutet, dass der Betrag der Entladung beispielsweise 10% oder weniger als der maximale Entladungsbetrag des Plasmareaktors 3 ist.
Die CPU 51 berechnet dann die Versorgungsenergie E_sup in Übereinstimmung mit Gleichung (7), und zwar auf Basis der Versorgungsstrom-Integrationsspannung V_isi, die durch den Spannungseingangsanschluss 58 eingegeben wurde. Die CPU 51 berechnet auch die Regenerationsenergie E_reg in Übereistimmung mit Gleichung (8), und zwar auf Basis der Regenerationsstrom-Integrationsspannung V_iri, die durch den Spannungseingangsanschluss 59 eingegeben wurde.
Es ist anzumerken, dass Rsh in Gleichungen (7) und (8) den Widerstand des Widerstands 34 darstellt. Rgs in Gleichung (7) stellt den Widerstand des Widerstands 62 dar. Cgs in Gleichung (7) stellt die Kapazität des Kondensators 63 dar. R_gr in Gleichung (8) stellt den Widerstand des Widerstands 67 dar. C_gr in Gleichung (8) stellt die Kapazität des Kondensators 68 dar.
Die Versorgungsenergie E_sup, die in Übereinstimmung mit Gleichung (7) berechnet wurde, entspricht der Versorgungsenergie E_sup, die in Übereinstimmung mit Gleichung (9) berechnet wurde. Die Regenerationsenergie E_reg, die in Übereinstimmung mit Gleichung (8) berechnet wurde, entspricht der Regenerationsenergie E_reg, die in Übereinstimmung mit Gleichung (10) berechnet wurde. Zeitpunkt t₁ in Gleichung (9) entspricht Zeitpunkt t₁ in 7. Zeitpunkt t₂ in Gleichung (9) entspricht Zeitpunkt t₂ in 7. Zeitpunkt t₃ in Gleichung (10) entspricht Zeitpunkt t₃ in 7. Zeitpunkt t₅ in Gleichung (10) entspricht Zeitpunkt t₅ in 7.
$E_{sup} = \frac{C_{g s} R_{g s} V_{i s i}}{R_{s h}} \times V B$
$E_{r e g} = \frac{C_{g r} R_{g r} V_{i r i}}{R_{s h}} \times V B$
$E_{sup} = \int_{t_{1}}^{t_{2}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
$E_{r e g} = \int_{t_{3}}^{t_{5}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
Daraufhin bestimmt die CPU 51, ob die berechnete Versorgungsenergie E_sup und die berechnete Regenerationsenergie E_reg die durch Gleichung (6) dargestellte Relation erfüllen, oder nicht. Das heißt, die CPU 51 bestimmt, ob die Versorgungsenergie E_sup größer als die Regenerationsenergie E_reg ist, oder nicht. Für den Fall, dass die Versorgungsenergie E_sup größer als die Regenerationsenergie E_reg ist, setzt die CPU 51 ein initiales Leckflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Hingegen für den Fall, dass die Versorgungsenergie E_sup kleiner oder gleich der Regenerationsenergie E_reg ist, löscht die CPU 51 das initiale Leckflag.
Nach Abschluss des Prozesses von S140, wie in 4 gezeigt, erfasst die CPU eine Öffnungsanomalie des Plasmareaktors 3 in S150. Die Öffnungsanomalie des Plasmareaktors 3 bedeutet das Auftreten eines Defekts des Plasmareaktors 3 oder einen Kabelbruch im Plasmareaktor 3.
Zunächst wird ein Verfahren zur Erfassung der Öffnungsanomalie des Plasmareaktors 3 beschrieben. Wie in 9 gezeigt, wird das Ersatzschaltbild des Plasmareaktors 3 durch einen Kondensator 16 und einen Kondensator 17, der mit dem Kondensator 16 in Reihe geschaltet ist, dargestellt.
Wenn die Kapazität des Plasmareaktors 3 mit C_c benannt wird, die Kapazität des Kondensators 16 mit C_g benannt wird und die Kapazität des Kondensators 17 mit Cd benannt wird, wird die Kapazität des Plasmareaktors 3 durch Gleichung (11) dargestellt. Es sei angemerkt, dass C_d > C_g gilt.
Die Versorgungsenergie E_sup wird durch Gleichung (12) dargestellt. Die sekundäre Zwischenanschlussspannung V_s wird durch Gleichung (13) dargestellt, die aus Gleichung (12) erhalten wird.
$C_{c} = \frac{C_{d} C_{g}}{C_{d} + C_{g}}$
$E_{sup} = \frac{1}{2} \cdot C_{c} \cdot V_{s}^{2}$
$V_{s} = \sqrt{\frac{2 E_{sup}}{C_{c}}}$
Wenn die Anzahl der Wicklungen der Primärspule 21 mit n bezeichnet wird und die Anzahl der Wicklungen der Sekundärspule 22 mit m bezeichnet wird, wird die Flyback-Spannung V_fly durch Gleichung (14) dargestellt. Daher wird die Flyback-Spannung V_fly durch Gleichung (15) dargestellt, die aus Gleichung (13) und Gleichung (14) erhalten wird.
Wenn ein Defekt oder ein Kabelbruch im Plasmareaktor 3 auftreten, nimmt die Kapazität Cd des Kondensators 17 ab. Wenn die Kapazität des Kondensators 17 in einem Zustand in dem der Plasmareaktor 3 defekt ist oder Kabelbruch erleidet mit C_do bezeichnet wird, gilt die Relation, die durch Gleichung (16) dargestellt ist.
Ferner gilt, wenn die Kapazität des Plasmareaktors 3 in einem Zustand in dem der Plasmareaktor 3 defekt ist oder Kabelbruch erleidet mit C_open bezeichnet wird, die Relation, die durch Gleichung (17) dargestellt ist.
$V_{f l y} = \frac{n}{m} \cdot V_{s}$
$V_{f l y} = \frac{n}{m} \cdot \sqrt{\frac{2 E_{sup}}{C_{c}}}$
$C_{d o} < < C_{g}$
$C_{o p e n} = \frac{C_{d o} C_{g}}{C_{d o} + C_{g}} < < C_{c}$
Demzufolge ist die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass der Plasmareaktor 3 defekt ist oder Kabelbruch erleidet größer als für den Fall, dass der Plasmareaktor 3 nicht defekt ist oder keinen Kabelbruch erleidet.
Wie in 8 gezeigt, wird die Flyback-Spannung V_fly in der Entladungszeit T_dis erzeugt. Eine Kurve L5, die durch eine durchgehende Linie dargestellt ist, zeigt die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass der Plasmareaktor normal ist. Eine Kurve L6, die durch eine durchgehende Linie dargestellt ist, zeigt die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass der Plasmareaktor defekt ist oder Kabelbruch erleidet.
Daraufhin gibt die CPU 51 in S150 zuerst das PWM-Signal von dem Spannungsausgangsanschluss 54 aus, das ein Tastverhältnis für eine initiale Diagnose aufweist. Die CPU 51 berechnet dann die Flyback-Spannung V_fly auf Basis des Spannungseingangs von der Spannungserfassungsschaltung 40 an den Spannungseingangsanschluss 56. Daraufhin bestimmt die CPU 51 ob die berechnete Flyback-Spannung V_fly größer ist als eine Öffnungsbestimmungsspannung, die zuvor eingestellt wurde, oder nicht. Für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly größer ist, als die Öffnungsbestimmungsspannung, setzt die CPU 51 ein initiales Öffnungsflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Hingegen für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly kleiner oder gleich der Öffnungsbestimmungsspannung ist, löscht die die CPU 51 das initiale Öffnungsflag.
Nach Abschluss des Prozesses S150, wie in 4 gezeigt, erfasst die CPU 51 eine Verschleißanomalie des Plasmareaktors 3 in S160. Die Verschleißanomalie des Plasmareaktors 3 bedeutet beispielsweise eine Zusetzung des Raums zwischen der Entladungselektrode 11 und der Entladungselektrode 12 mit Ruß.
Zunächst wird ein Verfahren der Erfassung von Verschleiß des Plasmareaktors 3 beschrieben. Wenn der Raum zwischen der Entladungselektrode 11 und der Entladungselektrode 12 mit Ruß zugesetzt ist, nimmt die Kapazität C_g des Kondensators 16 zu. Wenn die Kapazität C_g des Kondensators 16 in einem Zustand, in dem Zusetzung mit Ruß in dem Plasmareaktor 3 aufgetreten ist, mit C_gc bezeichnet wird, gilt die Relation, die durch Gleichung (18) dargestellt wird.
Ferner gilt, wenn die Kapazität des Plasmareaktors 3 in einem Zustand, in dem Zusetzung mit Ruß in dem Plasmareaktor 3 aufgetreten ist, mit C_clog bezeichnet wird, die Relation, die durch Gleichung (19) dargestellt wird.
$C_{g c} > > C_{d}$
$C_{clog} = \frac{C_{d} C_{g c}}{C_{d} + C_{g c}} > > C_{c}$
Demzufolge ist die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass Zusetzung mit Ruß aufgetreten ist, kleiner als die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass Zusetzung mit Ruß noch nicht aufgetreten ist.
Wie in 8 gezeigt, wird die Flyback-Spannung V_fly in der Entladungszeit Tdis erzeugt. Die Kurve L5, die durch eine durchgehende Linie dargestellt ist, zeigt die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass der Plasmareaktor 3 normal ist. Eine Kurve L7, die durch eine durchgehende Linie dargestellt ist, zeigt die Flyback-Spannung V_fly für den Fall, dass Zusetzung mit Ruß in dem Plasmareaktor 3 aufgetreten ist.
Demzufolge gibt die CPU 51 in S160 zuerst das PWM-Signal von dem Spannungsausgangsanschluss 54 aus, das ein Tastverhältnis für eine initiale Diagnose aufweist. Die CPU 51 berechnet daraufhin die Flyback-Spannung V_fly auf Basis des Spannungseingangs von der Spannungserfassungsschaltung 40 an den Spannungseingangsanschluss 56. Danach bestimmt die CPU 51, ob die berechnete Flyback-Spannung V_fly niedriger als eine zuvor eingestellte Verschleißbestimmungsspannung ist, oder nicht. Für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly niedriger ist, als die Verschleißbestimmungsspannung, setzt die CPU 51 ein initiales Verschleißflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Hingegen für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly gleich oder größer der Verschleißbestimmungsspannung ist, löscht die CPU 51 ein initiales Verschleißflag.
Nach Abschluss des Prozesses S160 beendet die CPU 51 den initialen Diagnoseprozess, wie in 4 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, bestimmt die CPU 51 nach Abschluss des initialen Diagnoseprozesses in S30, ob die die Maschine des Fahrzeugs gestartet ist, oder nicht, und zwar auf Basis von Maschinenfahrdaten, die periodisch von der Maschinen-ECU 2 erhalten werden. Die Maschinenfahrdaten sind ein Teil von Daten, die den Betriebszustand der Maschine darstellen (beispielsweise Drehzahl).
Für den Fall, dass die Maschine noch nicht gestartet ist, wartet die CPU 51 bis die Maschine startet, indem sie den Prozess S30 wiederholt. Wenn die Maschine startet, führt die CPU 52 eine initiale Steuerung in S40 aus. Das heißt, die CPU 51 gibt von dem Spannungsausgangsanschluss 54 ein PWM-Signal aus, das das zuvor eingestellte maximale Tastverhältnis aufweist (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 45 %), wobei Plasma im Plasmareaktor 3 erzeugt wird.
Die CPU 51 erhält daraufhin Daten über die verbrauchte Energie, Abgastemperatur, Rußdichte und Atmosphärendruck über die Zeit hinweg, in der der Plasmareaktor 3 mit dem maximalen Tastverhältnis betrieben wird (im Folgenden als die „initiale Betriebszeit“ bezeichnet).
Die verbrauchte Energie ist die Energie, die durch den Plasmareaktor 3 während der initialen Betriebszeit verbraucht wird. Die CPU 51 berechnet während der initialen Betriebszeit wiederholt die Versorgungsenergie E_sup und die Regenerationsenergie E_reg. Während der initialen Betriebszeit berechnet die CPU 51 auch wiederholt die Differenz zwischen der Versorgungsenergie E_sup und der Regenerationsenergie E_reg durch Subtraktion der Regenerationsenergie E_reg von der Versorgungsenergie E_sup. Die CPU 51 integriert zudem die während der initialen Betriebszeit berechnete Differenz und berechnet hierdurch die verbrauchte Energie. Die CPU 51 nutzt den berechneten Wert der verbrauchten Energie als die Daten über die verbrauchte Energie.
Zudem erhält die CPU 51 während der initialen Betriebszeit Abgastemperaturinformationen, die periodisch von der Maschinen-ECU 2 übermittelt werden, und nutzt den Wert der Abgastemperatur, der durch die erhaltenen Abgastemperaturinformationen dargestellt wird, als die Daten über die Abgastemperatur. Die CPU 51 erhält während der initialen Betriebszeit Rußdichteinformationen, die periodisch von der Maschinen-ECU 2 übermittelt werden, und nutzt den Wert der Rußdichte, der durch die erhaltenen Rußdichteinformationen dargestellt wird, als die Daten über die Rußdichte. Die CPU 51 erhält während der initialen Betriebszeit Atmosphärendruckinformationen, die periodisch von der Maschinen-ECU 2 übermittelt werden, und nutzt den Wert des Atmosphärendrucks, der durch die erhaltenen Atmosphärendruckinformationen dargestellt wird, als die Daten über den Atmosphärendruck.
Ferner berechnet die CPU 51 die Menge des während der initialen Betriebszeit entfernten Rußes (im Folgenden als „initial entfernte Rußmenge“ bezeichnet) auf Basis der Daten über die Rußdichte, die während der initialen Betriebszeit erhalten werden. Daraufhin bestimmt die CPU 51 eine Korrekturkoeffizienten unter Bezugnahme auf eine Korrekturkoeffizienten-Berechnungstafel, in der der Korrekturkoeffizient im Vorfeld festgelegt ist, wobei die verbrauchte Energie, die initial entfernte Rußmenge, die Abgastemperatur und der Atmosphärendruck als Parameter genutzt werden. Der Korrekturkoeffizient wird im Prozess S54 genutzt.
Als Nächstes bestimmt die CPU 51 in S50 ob eine zuvor festgelegte Ausführungszeit (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 1 sek) verstrichen ist oder nicht. Im Besonderen bestimmt die CPU 51, ob ein Wert eines Ausführungszeitgebers, der im RAM 53 bereitgestellt ist gleich oder größer als ein Wert ist, der der Ausführungszeit entspricht, ist, oder nicht. Der Ausführungszeitgeber ist ein Zeitgeber, der in Intervallen von beispielsweise 1 ms inkrementiert (das heißt, dass immer eins zum Wert des Zeitgebers addiert wird). Wenn der Ausführungszeitgeber startet, wird sein Wert von 0 ab inkrementiert.
Für den Fall, dass die Ausführungszeit noch nicht verstrichen ist, wartet die CPU 51 bis die Ausführungszeit verstrichen ist, indem sie den Prozess S50 wiederholt. Wenn die Ausführungszeit verstreicht, startet die CPU 51 den Ausführungszeitgeber in S52.
Als Nächstes bestimmt die CPU 51 eine angestrebte verbrauchte Energie, und zwar auf Basis der zuletzt erhaltenen Daten der Abgastemperatur, der Rußdichte und des Atmosphärendrucks, wobei sie Bezug auf eine Angestrebte-Verbrauchte-Energieberechnungstafel nimmt, in der die angestrebte verbrauchte Energie zuvor festgelegt ist, wobei die Abgastemperatur, die Rußdichte und der Atmosphärendruck als Parameter genutzt werden. Des Weiteren berechnet die CPU 51 eine korrigierte angestrebte verbrauchte Energie, indem sie die bestimmte angestrebte verbrauchte Energie mit den in S40 bestimmten Korrekturkoeffizienten multipliziert.
Die CPU 51 berechnet in Übereinstimmung mit Gleichung (7) weiters in S56 die Versorgungsenergie E_sup und zwar auf Basis der zuletzt eingegebenen Versorgungsstrom-Integrationsspannung V_isi. Weiters berechnet die CPU 51 die Regenerationsenergie E_reg in Übereinstimmung mit Gleichung (8) und zwar auf Basis der zuletzt eingegebenen Regenerationsstrom-Integrationsspannung V_iri. Ferner berechnet die CPU 51 eine Steuerungsenergie, indem sie die berechnete Regenerationsenergie E_reg von der berechneten Versorgungsenergie E_sup abzieht.
Daraufhin berechnet die CPU 51 in S58 das Tastverhältnis des PWM-Signals derart, dass die Abweichung zwischen der korrigierten berechneten angestrebten Energie und der berechneten Steuerungsenergie null wird, und zwar beispielsweise durch eine Rückkopplungssteuerung, die eine Proportionalverstärkung, eine Integralverstärkung und eine Ableitungsverstärkung nutzt (beispielsweise ein PID-Regler). Die CPU 51 gibt dann vom Spannungsausgangsanschluss 54 ein PWM-Signal aus, dass das berechnete Tastverhältnis aufweist.
Als Nächstes führt die CPU 51 einen Reinigungs-Zeit-Erfassungsprozess in S60 aus. Hier werden die Schritte des Reinigungs-Zeit-Erfassungsprozesses beschrieben. Im Reinigungs-Zeit-Erfassungsprozess führt die CPU 51, wie in 5 gezeigt, zunächst in S210 einen Prozess zum Schutz des Treibers 32 vor Überhitzung aus. Genauer gesagt bestimmt die CPU 51 zuerst, ob die Temperatur, die durch das Erfassungssignal des Temperatursensors 8 dargestellt wird, (im Folgenden als die „Treibertemperatur“ bezeichnet), gleich oder höher einer zuvor festgelegten Versagensbestimmungstemperatur ist, oder nicht. Für den Fall, dass die Treibertemperatur gleich oder höher der Versagensbestimmungstemperatur ist, setzt die CPU 51 ein Treiberüberhitzungsflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist, und verbietet die Ausgabe des PWM-Signals von dem Spannungsausgangsanschluss 54. Für den Fall hingegen, dass die Treibertemperatur niedriger als die Versagensbestimmungstemperatur ist, löscht die CPU 51 das Treiberüberhitzungsflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S220 eine Anomalie der Spannung der Batterie 5. Genauer gesagt bestimmt die CPU 51 auf ähnliche Weise wie in S120, ob die Energieversorgungsspannung in dem Betriebsspannungsbereich liegt, oder nicht. Für den Fall, dass die Energieversorgungsspannung in den Betriebsspannungsbereich fällt, löscht die CPU 51 ein Reinigungs-Zeit-Spannungsanomalieflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Für den Fall hingegen, dass die Energieversorgungsspannung außerhalb des Betriebsspannungsbereichs liegt, setzt die CPU 51 das Reinigungs-Zeit-Spannungsanomalieflag.
Als Nächstes führt die CPU 51 in S230 einen Prozess zum Schutz des Treibers 32 vor Überspannung aus. Genauer gesagt berechnet die CPU 51 zuerst die Flyback-Spannung V_fly auf Basis des Spannungseingangs von der Spannungserfassungsschaltung 40 an den Spannungseingangsanschluss 56. Daraufhin bestimmt die CPU 51, ob die berechnete Flyback-Spannung V_fly gleich oder höher der zuvor festgelegten Versagensbestimmungsspannung ist, oder nicht. Für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly gleich oder größer als die Versagensbestimmungsspannung ist, setzt die CPU 51 ein Treiberüberspannungsflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist, und verbietet die Ausgabe des PWM-Signals von dem Spannungsausgangsanschluss 54. Für den Fall hingegen, dass die Flyback-Spannung V_fly kleiner als die Versagensbestimmungsspannung ist, löscht die CPU 51 das Treiberüberspannungsflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S240 ein internes Versagen des Transformators 4. Im Speziellen bestimmt die CPU 51, wie in S130, wenn sich der Treiber im angeschalteten Zustand befindet, ob der Wert des Primärspulenstroms kleiner als der Transformatorkabelbruchbestimmungswert ist, oder nicht, und zwar auf Basis der Spannung V_ip, die von der Spannungserfassungsschaltung 37 an den Spannungseingangsanschluss 57 eingegeben wurde. Für den Fall, dass der Wert des Primärspulenstroms kleiner als der Transformatorkabelbruchbestimmungswert ist, setzt die CPU 51 ein Reinigungs-Zeit-Kabelbruchanomalieflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Für den Fall hingegen, dass der Wert des Primärspulenstroms gleich oder größer dem Transformatorkabelbruchbestimmungswert ist, löscht die CPU 51 das Reinigungs-Zeit-Kabelbruchanomalieflag.
Als Nächstes erfasst die CPU 51 in S250 eine Öffnungsanomalie des Plasmareaktors 3. Im Speziellen berechnet die CPU 51 die Flyback-Spannung V_fiy auf Basis der Spannung, die von der Spannungserfassungsschaltung 40 an den Spannungseingangsanschluss 56 eingegeben wurde, auf eine ähnliche Weise wie in S140. Die CPU 51 bestimmt danach ob die berechnete Flyback-Spannung V_fly höher als die Öffnungsbestimmungsspannung ist, oder nicht. Für den Fall, dass die Flyback-Spannung V_fly höher ist als die Öffnungsbestimmungsspannung, setzt die CPU 51 ein Reinigungs-Zeit-Öffnungsflag, das im RAM 53 bereitgestellt ist. Für den Fall hingegen, dass die Flyback-Spannung V_fly gleich oder niedriger ist, als die Öffnungsbestimmungsspannung, löscht die CPU 51 das Reinigungs-Zeit-Öffnungsflag.
Nach Abschluss von Prozess S250 beendet die CPU 51 den Reinigungszeitdiagnoseprozess. Nach dem Ende des Reinigungszeitdiagnoseprozesses bestimmt die CPU 51, wie in 3 gezeigt in S70, ob die Maschine des Fahrzeugs gestoppt ist, oder nicht, und zwar auf Basis der Maschinenfahrdaten, die periodisch von der Maschinen-ECU 2 erhalten werden. Für den Fall, dass die Maschine noch nicht gestoppt wurde, fährt die CPU 51 mit S50 fort. Für den Fall hingegen, dass die Maschine stoppt, beendet die CPU 51 den Entladungssteuerungsprozess.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines Betriebs der Entladungssteuerungsvorrichtung 6 beschrieben. Wie in 10 gezeigt, ändert sich die Gatesteuerspannung Vgs von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel, wenn sich das PWM-Signal an Zeitpunkt t₁ vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert. Als ein Ergebnis erhöht sich der Primärstrom I_p graduell, und die primäre Zwischenanschlussspannung V_p wird gleich der Energieversorgungsspannung VB. Auch erhöht sich die Versorgungsstrom-Integrationsspannung V_isi graduell als ein Ergebnis der Erhöhung des Primärstroms I_p.
Wenn sich das PWM-Signal an Zeitpunkt t₂ von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ändert, ändert sich die Gatesteuerspannung Vgs vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel. Als ein Ergebnis nimmt der Primärstrom I_p rasch ab und wird 0 [A]. Auch die primäre Zwischenanschlussspannung V_p nimmt rasch auf der negativen Seite ab und die sekundäre Zwischenanschlussspannung V_s nimmt rasch zu, so dass eine Entladung im Plasmareaktor 3 erzeugt wird. Auch nimmt die Flyback-Spannung V_fly rasch zu.
Die Erzeugung von Entladung dauert von Zeitpunkt t₂ bis Zeitpunkt t₃ an. Nachdem die Entladung endet, wird der Primärstrom I_p gedämpft, während er auf der negativen Seite schwingt und wird an Zeitpunkt t₄ 0 [A]. Die primäre Zwischenanschlussspannung V_p wird in der Zeit zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ gleich der Energieversorgungsspannung VB und wird an Zeitpunkt t₄ 0 [V]. Die sekundäre Zwischenanschlussspannung V_s wird gedämpft, während sie zwischen den positiven und negativen Seiten in der Zeit zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ schwingt.
Weil der Primärstrom I_p von Zeitpunkt t₃ bis Zeitpunkt t₄ fließt, erhöht sich auch die Regenerationsstrom-Integrationsspannung V_iri graduell. Auch ändert sich die Ausgangsspannung V_isr der Regenerationserfassungsschaltung 38 an Zeitpunkt t₃ von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel und ändert sich an Zeitpunkt t₄ von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel. Wenn sich die Ausgangsspannung V_isr von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ändert, wird die Versorgungsstrom-Integrationsspannung V_isi auf 0 [V] zurückgesetzt. Es ist anzumerken, dass sich die Gatesteuerspannung Vgs an Zeitpunkt t₃ von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert und sich an Zeitpunkt t₄ von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ändert, und zwar in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung V_isr der Regenerationserfassungsschaltung 38.
Wenn sich die Spannung V_irr des Spannungsausgangsanschlusses 54 an Zeitpunkt t₅ von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert, an dem sich die Gatesteuerspannung Vgs von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert, wird die Regenerationsstrom-Integrationsspannung V_iri auf 0 [V] zurückgesetzt.
Die wie oben beschrieben konfigurierte Entladungssteuerungsvorrichtung 6 steuert die Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ. Die Energieversorgungsschaltung umfasst den Transformator 4, der die Primärspule 21 und die Sekundärspule 22 aufweist und eine Spannungsumwandlung durchführt, und den Treiber 32 zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule 21. Die Energieversorgungsschaltung führt dem Plasmareaktor 3, der durch Entladung Plasma erzeugt, elektrische Energie zu.
Die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 berechnet auf der Basis des Primärstroms I_p, der durch die Primärspule 21 fließt und der Zwischenanschlussspannung V_p, die in der Primärspule 21 erzeugt wird, die Versorgungsenergie E_sup, die der Primärspule 21 zugeführt wird, und die Regenerationsenergie E_reg, die ein Teil der Versorgungsenergie E_sup ist, und zwar der Teil, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor 3 genutzt wird.
Die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 steuert die Energieversorgungsschaltung auf Basis der berechneten Versorgungsenergie E_sup und der berechneten Regenerationsenergie E_reg. Wie oben beschrieben, berechnet die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 die Versorgungsenergie E_sup und die Regenerationsenergie E_reg auf Basis des Primärstroms I_p, der durch die Primärspule 21 fließt und der Zwischenanschlussspannung V_p, die in der Primärspule 21 erzeugt wird und steuert die Energieversorgungsschaltung auf Basis der Versorgungsenergie E_sup und der Regenerationsenergie E_reg. Kraft dieser Konfiguration kann die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 die Energieversorgungsschaltung steuern, ohne den Sekundärstrom, der durch die Sekundärspule 22 fließt und die Sekundärspannung, die in der Sekundärspule 22 erzeugt wird, zu nutzen. Daher kann die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 die Notwendigkeit einer Komponente oder Anstrengung zu Sicherstellung einer Isolierung beseitigen, wodurch die Produktionskosten reduziert werden oder die Konfiguration der Vorrichtung vereinfacht wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform entsprechen der Transformator 4 und der Treiber 32 der Energieversorgungsschaltung und die Zwischenanschlussspannung V_p entspricht der Primärspannung. Auch entspricht S56 dem Prozess, der von dem Energieberechnungsabschnitt durchgeführt wird und dem Prozess, der als der Energieberechnungsschritt durchgeführt wird und S58 entspricht dem Prozess, der von dem Steuerungsabschnitt durchgeführt wird und dem Prozess, der als der Steuerungsschritt durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde beschrieben; nichtsdestotrotz ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen sind möglich. Beispielsweise werden in der oben beschriebenen Ausführungsform die Versorgungsenergie E_sup und die Regenerationsenergie E_reg unter Verwendung von Gleichungen (7) und (8) berechnet. Jedoch kann die Versorgungsenergie E_sup und die Regenerationsenergie E_reg auch unter Verwendung von Gleichungen (9) und (10) berechnet werden.
Auch kann die Funktionalität eine konstituierenden Elements in der oben beschriebenen Ausführungsform auf eine Vielzahl von konstituierenden Elementen verteilt werden und die Funktionalitäten einer Vielzahl von konstituierenden Elementen kann in einem konstituierenden Element umgesetzt werden. Ein Teil der Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform kann entfallen. Außerdem kann zumindest ein Teil der oben beschriebenen Ausführungsform zu den Konfigurationen anderer Ausführungsformen hinzugefügt werden oder diese teilweise ersetzen.
Zusammenfassend wurde eine Entladungssteuerungsvorrichtung beschrieben, die eine Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ steuert. Die Energieversorgungsschaltung umfasst einen Transformator, der eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist und eine Spannungsumwandlung durchführt und einen Treiber zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule. Die Energieversorgungsschaltung führt einem Plasmareaktor, der durch Entladung Plasma erzeugt, elektrische Energie zu. Die Entladungssteuerungsvorrichtung berechnet, auf der Basis eines Primärstroms, der durch die Primärspule fließt und einer Primärspannung, die in der Primärspule erzeugt wird, eine Versorgungsenergie, die der Primärspule zugeführt wird, und eine Regenerationsenergie, die ein Teil der der Versorgungsenergie ist, und zwar der Teil, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird. Die Entladungssteuerungsvorrichtung steuert die Energieversorgungsschaltung auf Basis der berechneten Versorgungsenergie und der berechneten Regenerationsenergie.
Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Formen umgesetzt werden, die sich von der oben beschriebenen Entladungssteuerungsvorrichtung 6 unterscheiden. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung als ein System, das die Entladungssteuerungsvorrichtung 6 als ein konstituierendes Element umfasst, als ein Programm, das einen Computer dazu veranlasst, als Entladungssteuerungsvorrichtung 6 zu funktionieren, als ein dauerhaftes Aufzeichnungsmedium, wie ein Halbleiterspeicher, auf dem das Programm gespeichert ist und als ein Entladungssteuerungsverfahren umgesetzt sein.
Bezugszeichenliste

3: Plasmareaktor,
4: Transformator,
6: Entladungssteuerungsvorrichtung,
21: Primärspule,
22: Sekundärspule,
32: Treiber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201716858 [0003]

Claims

Entladungssteuerungsvorrichtung zu Steuerung einer Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ, welcher einen Transformator (4), der eine Primärspule (21) und eine Sekundärspule (22) aufweist und eine Spannungswandlung durchführt, und einen Treiber (32) zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule umfasst, und die elektrische Energie einem Plasmareaktor zuführt, der durch Entladung Plasma erzeugt, wobei die Entladungssteuerungsvorrichtung (6) umfasst: einen Energieberechnungsabschnitt (S56), der dazu konfiguriert ist auf der Basis eines Primärstroms (I_p), der durch die Primärspule fließt und einer Primärspannung (V_p), die in der Primärspule erzeugt wird, eine Versorgungsenergie (E_sup), die der Primärspule zugeführt wird, und eine Regenerationsenergie (E_reg), die ein Teil der der Versorgungsenergie ist, und zwar der Teil, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird, zu berechnen; und einen Steuerungsabschnitt (S58), der dazu konfiguriert ist, die Energieversorgungsschaltung auf Basis der Versorgungsenergie und der Regenerationsenergie, die durch den Energieberechnungsabschnitt berechnet wurden, zu steuern.
Entladungssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Energieberechnungsabschnitt die Versorgungsenergie in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (1) berechnet und die Regenerationsenergie in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (2) berechnet, $E_{sup} = \int_{t_{1}}^{t_{2}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
$E_{r e g} = \int_{t_{3}}^{t_{5}} V_{p} \cdot I_{p} d t$
wobei E_sup die Versorgungsenergie darstellt, E_reg die Regenerationsenergie darstellt, I_p den Wert des Primärstroms darstellt, V_p den Wert der Primärspannung darstellt und wobei angenommen wird, dass die Versorgungsenergie während einer Periode zwischen Zeitpunkt t₁ und Zeitpunkt t₂ erzeugt wird und die Regenerationsenergie während einer Periode zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₅ erzeugt wird.
Entladungssteuerungsverfahren zur Steuerung einer Energieversorgungsschaltung vom Flyback-Typ, welcher einen Transformator (4), der eine Primärspule (21) und eine Sekundärspule (22) aufweist und eine Spannungswandlung durchführt, und einen Treiber (32) zur Steuerung der Energieversorgung der Primärspule umfasst, und der elektrische Energie einem Plasmareaktor (3) zuführt, die durch Entladung Plasma erzeugt, wobei das Entladungssteuerungsverfahren umfasst: einen Energieberechnungsschritt (S56) einer Berechnung einer Versorgungsenergie (E_sup), die der Primärspule zugeführt wird und einer Regenerationsenergie (E_reg), die ein Teil der der Versorgungsenergie ist, der nicht für die Entladung im Plasmareaktor genutzt wird, und zwar auf Basis eines Primärstroms (I_p), der durch die Primärspule fließt, und einer Primärspannung (V_p), die in der Primärspule erzeugt wird; und einen Steuerungsschritt (S58) der Energieversorgungsschaltung auf Basis der Versorgungsenergie und der Regenerationsenergie, die durch den Energieberechnungsschritt berechnet wurden.